Электроника для розы в бокале

Схематическое изображение розы с листом, снабжённым органическими полимерными проводами. Фото — Linköping University

Свои гибкие электронные схемы они создали из материалов самой розы, добавив в неё лишь некоторое количество несвойственных ей, но не повреждающих строительных блоков. «Розовая» электроника в нынешнем состоянии может позволить цветоводам и фермерам контролировать процесс цветения растений, замедлять или ускорять его темпы. А исследователям технология впервые дала возможность следить за внутренними изменениями в древесных организмах. Учёные надеются, что в будущем это позволит сделать растения источниками энергии, не сжигая их, а извлекая энергию, производимую в ходе фотосинтеза.

Подробный отчёт о своей работе сотрудники университетской Лаборатории органической электроники (ЛОЭ) опубликовали в последнем номере журнала Science Advances. Исследование настолько необычно, что его лишь условно можно отнести к рангу «органической электроники» — не самого тривиального научного направления в мире.

Если говорить коротко, органическая электроника — это наука, которая хочет заменить кремниевые полупроводники органическими. В МГУ имени М. В. Ломоносова этим занимается, например, Лаборатория органической электроники на физфаке и в Международном лазерном центре МГУ. По словам руководителя лаборатории профессора Дмитрия Паращука, основные направления молодой и быстро развивающейся науки сегодня сводятся к созданию дешёвых и эффективных солнечных фотоэлементов, не менее дешёвых и эффективных «обратных» устройств — светоизлучателей, а также органических транзисторов и микросхем. Иначе говоря, имея дело с органикой, специалисты в этой области ещё толком не добрались до самих растений.

Электронная роза с присоединёнными к стеблю электродами. Фото — Eliot Gomez, Linköping University

Химизм растений давно интересовал исследователей. Там всё зависит от транспорта необходимых сигналов и гормонов, поступающих с водой в нужные места, однако подобные процессы протекают слишком медленно, чтобы изучать их опытным путём. Когда лет 15 назад один из коллег Магнуса Берггрена — главного автора статьи в Science Advances — спросил у него, возможно ли «начинить» растение электроникой, чтобы наблюдать за происходящими в нём биохимическими процессами, тот воспринял вопрос как шутку. Даже сейчас, когда электронными интерфейсами можно снабдить любой живой организм вплоть до человеческого, для растений такое кажется фантастикой из-за их биохимической медлительности. Года два назад команда Берггрена решила всерьёз ответить на давний вопрос, но другим путём: не вставляя электронику в растение, а выращивая её там.

Самым сложным оказалось начало, когда ученые попробовали создать внутри растения электрические провода — главный элемент любой электронной схемы. Для этого они кормили подопытную розу водой, содержавшей растворённые «строительные блоки» — полимерные молекулы с высокой электропроводностью. Проходя по древесным артериям (так называемым ксилемам), молекулы должны были соединяться в цепочки и образовывать длинный провод, по которому уже можно пропустить электрический ток. Исследователи перепробовали множество вариантов, но ни один из них не оказался годным: одни молекулы отказывались складываться в цепочки, другие просто забивали собой ксилемы и губили очередной цветок. После долгих неудач учёные, наконец, нашли нужный полимер с названием PEDOT-C-H. Розы с готовностью пропускали в себя эти «строительные блоки», а те, находясь внутри, с такой же готовностью соединялись в длинные, до 10 сантиметров, электрические провода.

Получившуюся Е-розу питали растворами через корни, но выяснилось, что куда активнее они проникают в срезанные стебли. Поэтому пока экспериментальные розы живут исключительно «в бокале» у учёных. Прикрепив контакты и датчики к стенкам стебля в разных местах, исследователи смогли прогонять ток через эти провода. В дальнейшем, изучив электрическое взаимодействие проводов с окружающими их соками, авторы эксперимента даже вырастили внутри розового стебля своеобразный аналог транзистора, позволяющий судить об ионном сигнале розы по полученному электрическому сигналу. Таким образом фермер сможет определить, когда роза наполняет стебли гормонами и готовится расцвести.

Профессор Дмитрий Паращук. Фото — ПостНаука

Управляя получившимся взаимодействием, ученые уже научились ускорять или замедлять гормонную атаку в Е-розе, тем самым приближая или отдаляя момент цветения. Такая уловка может понадобиться цветоводам, чтобы дать розам пережить приближающуюся непогоду (например, заморозки) и не погубить новорождённые лепестки.

Но, пожалуй, самое интересное применение электрическим цветам профессор Берггрен видит в возможности создать в будущем специальные энергетические поля. Эти поля будут засеяны растениями, которые смогут давать людям энергию не ценой своей гибели в кострах, а избавляясь от излишков, полученных, например, в ходе слишком активного фотосинтеза. И это только начало, считает Магнус Берггрен. Новый путь взаимодействия с растениями открывает перед учёными совершенно новое поле для исследований, которые могут привести к самым неожиданным результатам, уверен он.

— Эта группа исследователей хорошо известна, — заявил «Татьянину дню» профессор Паращук. — Полагаю, что полученные ею результаты именно таковы, как о них рассказано, но вот интерпретация этих результатов — дело другое. Учёные часто склонны преувеличивать перспективы и возможности своих открытий, так что, думаю, следует подождать. Однако само по себе исследование очень интересно.